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运用产形线法切削齿面的螺旋锥齿轮设计

范海滨  
【摘要】:作为机械传动基础元件的螺旋锥齿轮,其特点是噪音小、承载能力高、重叠系数大等,且可传递两交错或相交轴间的运动。因此螺旋锥齿轮被广泛地应用在航空、航天、汽车、矿山机械、机床仪表、工程机械等工业部门。在齿轮传动领域中,螺旋锥齿轮属于设计、制造最为复杂、技术最难掌握的种类。由于螺旋锥齿轮的理想齿廓线为球面渐开线,球面渐开线无法在平面中展开,因此退而采用工程近似的办法;并追求刀具设计、制造简单,以直线刀刃回转形成的圆锥面构成切齿刀盘切削表面,用以包络展成铣削齿面。如此切制的螺旋锥齿轮齿形不是球面渐开线,在加工原理上产生了误差,造成两齿面不能实现正确啮合,出现诸如接触区不良、噪音加大、强度下降等问题。 本文运用一种新的螺旋锥齿轮加工方法——产形线法进行螺旋锥齿轮的设计,这种新型加工方法与以往的传统加工方法相比有很大的不同。其理论是从球面渐开线的生成原理出发,利用Q平面与基圆锥做相对纯滚动,并保持一定的转速比关系:ω/ω1=sinδb,则Q平面内的刀刃就会在基圆锥上展成切削出标准的球面渐开线螺旋锥齿轮齿廓曲面。这种螺旋锥齿轮具有传动稳定、承载能力强以及噪音小等良好的球面渐开线啮合特性。 本文的研究内容如下: 1.介绍国内外螺旋锥齿轮的发展现状,以及本课题的研究背景及意义。 2.深入分析锥齿轮的啮合原理以及产形线切齿法及其特点。运用产形线法设计出的螺旋锥齿轮不会出现理论误差,极大的提高了螺旋锥齿轮的各方面性能。 3.进行斜齿锥齿轮和准双曲线齿轮的轮坯设计,详细的介绍了运用产形线法加工的螺旋锥齿轮的几何参数的设计。运用catia建立球面渐开线齿面廓形的螺旋锥齿轮的三维模型并介绍建立模型的方法。 4.完成螺旋锥齿轮强度刚度设计计算,对比不同齿线螺旋锥齿轮的强度,通过理论计算得出了斜齿锥齿轮可以替代弧齿锥齿轮的结论。运用有限元软件ANSYS分析斜齿锥齿轮的齿根弯曲应力以及齿面接触应力,运用石川公式计算螺旋锥齿轮的刚度并利用matlab编程绘制出大小齿轮的刚度曲线以及综合刚度曲线。 5.通过掌握螺旋锥齿轮接触区的变化规律,进而完成对螺旋锥齿轮齿面接触区的设计和控制。


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